2026-04-29
技术指南
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气相二氧化硅表面化学：亲水型与疏水型牌号详解 气相二氧化硅（fumed silica）的表面化学决定了其在水性体系中的分散性乃至与非极性树脂的相容性。本指南详细介绍硅羟基化学、常见改性剂，以及如何为您的应用匹配合适的牌号。 亲水型疏水型表面改性硅羟基化学牌号选择
气相二氧化硅通过四氯化硅在1000 °C以上火焰水解制得，产物为无定形SiO₂三维网络，比表面积（BET surface area）极高（90–400…
气相二氧化硅通过四氯化硅在1000 °C以上火焰水解制得，产物为无定形SiO₂三维网络，比表面积（BET surface area）极高（90–400 m²/g）。其多功能性的关键不在于体相组成——所有牌号均为纯SiO₂——而在于表面的化学性质。
工业应用中主要有两大牌号系列：
天然硅羟基（Si–OH）表面，易于在水及极性溶剂中分散，吸收水分，与水性涂料、极性胶黏剂及水系体系相容。
硅羟基被有机硅烷或硅酮基团取代，拒水，与非极性树脂、油及疏水聚合物体系相容，吸湿量低。
关键提示： 选错表面类型将导致分散失败。亲水型牌号在硅油体系中会形成硬性团聚；疏水型牌号在水性涂料中会上浮或聚集，无法均匀分散。
新鲜气相二氧化硅每平方纳米表面约含2–3个硅羟基（Si–OH）。这些Si–OH基团通过氢键——既在硅微粒之间，也在硅微粒与极性溶剂分子之间——赋予亲水型牌号强烈的增稠和触变性（thixotropy）特性。 三种硅羟基类型…
新鲜气相二氧化硅每平方纳米表面约含2–3个硅羟基（Si–OH）。这些Si–OH基团通过氢键——既在硅微粒之间，也在硅微粒与极性溶剂分子之间——赋予亲水型牌号强烈的增稠和触变性（thixotropy）特性。
单个Si–OH，不与其他相邻。与改性剂反应活性最高，氢键能力强。
相邻Si原子上的两个Si–OH基团，由氢键桥连。在低比表面积牌号中较为常见。
同一Si原子上的两个Si–OH基团。较少见，对硅烷偶联剂的反应活性较低。
硅羟基的密度和分布随比表面积变化——高BET牌号（如AEROSIL 380，380 m²/g）每克含有的硅羟基多于低BET牌号（如AEROSIL 90，90 m²/g），在相同填充量下粒子间网络更强，黏度构建更高。
合成后的表面处理使活性硅羟基与有机硅烷或硅酮试剂发生反应，以非极性有机基团取代极性Si–OH。取代程度（通常为可用硅羟基的40–80%）决定了疏水性与残余极性特征之间的平衡。 常用改性剂 关于部分处理的说明：…
合成后的表面处理使活性硅羟基与有机硅烷或硅酮试剂发生反应，以非极性有机基团取代极性Si–OH。取代程度（通常为可用硅羟基的40–80%）决定了疏水性与残余极性特征之间的平衡。
| 改性剂 | 引入基团 | 典型牌号示例 | 最佳适用场景 |
|---|---|---|---|
| HMDS（六甲基二硅氮烷） | –Si(CH₃)₃（三甲基硅烷基） | AEROSIL R972 | 有机硅体系、非极性涂料、粉体流动 |
| DDS（二甲基二氯硅烷） | –Si(CH₃)₂（二甲基硅烷基） | AEROSIL R974 | PVC增塑糊、非极性树脂、环氧 |
| PDMS（聚二甲基硅氧烷） | 硅酮聚合物链 | AEROSIL R202 | 硅橡胶、有机硅密封胶、HTV混炼胶 |
| 辛基硅烷 | –C₈H₁₇（辛基） | AEROSIL R805 | 低极性溶剂型涂料、醇酸体系 |
| 氨基硅烷 | –NH₂（氨基） | 各类牌号 | 环氧胶黏剂、反应性偶联 |
关于部分处理的说明： 大多数疏水型牌号保留了20–60%的原始硅羟基未反应，赋予其两性特征——排斥水分但并非完全非极性。请务必核实碳含量规格（wt% C）以评估表面覆盖程度。
下表对比了亲水–疏水谱系中的代表性牌号。以AEROSIL（Evonik）牌号作为参考；Cabot（CAB-O-SIL）、Wacker（HDK）及OCI/Tokuyama的同类牌号采用相同化学体系。 高亮行为通用工业配方中使用最广泛的牌号。
下表对比了亲水–疏水谱系中的代表性牌号。以AEROSIL（Evonik）牌号作为参考；Cabot（CAB-O-SIL）、Wacker（HDK）及OCI/Tokuyama的同类牌号采用相同化学体系。
| 牌号 | BET（m²/g） | 表面类型 | pH（4%分散液） | 碳含量 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| AEROSIL 90 | 90 ± 15 | 亲水型（hydrophilic） | 3.7–4.7 | — | 粉体流动、轻度增稠 |
| AEROSIL 200 | 200 ± 25 | 亲水型 | 3.7–4.7 | — | 通用增稠、涂料、胶黏剂 |
| AEROSIL 380 | 380 ± 30 | 亲水型 | 3.7–4.7 | — | 高黏度体系、水性涂料 |
| AEROSIL R972 | 110 ± 20 | 疏水型（hydrophobic，HMDS处理） | — | 0.6–1.2 wt% | 有机硅密封胶、非极性涂料、流动性改善 |
| AEROSIL R974 | 170 ± 20 | 疏水型（DDS处理） | — | 0.7–1.3 wt% | 环氧、PVC增塑糊、非极性树脂 |
| AEROSIL R202 | 100 ± 20 | 疏水型（PDMS处理） | — | 4.0–8.0 wt% | HTV硅橡胶、有机硅混炼胶 |
| AEROSIL R805 | 150 ± 25 | 疏水型（辛基处理） | — | 3.5–5.5 wt% | 醇酸涂料、溶剂型体系 |
高亮行为通用工业配方中使用最广泛的牌号。
参考以下速查表，根据体系极性选择亲水型或疏水型： - 水性涂料及油漆： 亲水型（AEROSIL 200 / 380）——增稠效率高，在水性分散体中稳定。 - 溶剂型涂料（极性溶剂：MEK、丙酮）： 亲水型（AEROSIL…
参考以下速查表，根据体系极性选择亲水型或疏水型：
水性涂料及油漆： 亲水型（AEROSIL 200 / 380）——增稠效率高，在水性分散体中稳定。
溶剂型涂料（极性溶剂：MEK、丙酮）： 亲水型（AEROSIL 200）或轻度疏水型（R974）——在10%固含量下测试相容性。
溶剂型涂料（非极性：二甲苯、矿物精）： 疏水型（R805、R972）——亲水型牌号无法润湿，会发生团聚。
环氧胶黏剂与密封胶： 疏水型（R974、R972）——防止吸湿影响环氧固化。
硅橡胶（HTV/RTV）： PDMS处理型疏水型（R202、HDK H20）——PDMS链与有机硅聚合物缠结实现补强。
聚氨酯密封胶： 疏水型（R972、R974）——避免水分与异氰酸酯基团反应。
药用粉体及流动性改善： 亲水型（AEROSIL 200）——可供食品级/药品级使用，改善粉体流动性。
化妆品/个人护理： 两者均可——亲水型适用于水性凝胶，疏水型（R972）适用于无水产品及彩妆。
经验法则： 若体系含水量或极性溶剂（乙醇、IPA、丙酮）超过10%，首选亲水型牌号。对于非极性体系或对水分敏感有顾虑时，选用疏水型牌号。
请告知您的基础树脂、溶剂体系及目标黏度——我们将为您的配方匹配合适的气相二氧化硅牌号。
通常不行。亲水型气相二氧化硅表面富含硅羟基，极性较强，需要极性环境才能正常分散。在非极性溶剂（矿物精、二甲苯、硅油）中，粒子无法润湿，将形成硬性团聚。非极性体系必须使用经适当表面处理（辛基、HMDS、PDMS）的疏水型牌号。
碳含量（wt% C）衡量疏水型牌号表面有机处理剂的用量。碳含量越高，表示硅羟基取代越完全，疏水性越强。例如，AEROSIL R202（PDMS处理）碳含量为4–8 wt%，而R972（HMDS处理）仅为0.6–1.2 wt%——R202的疏水性明显更强。
是的，但机理不同。亲水型牌号通过氢键网络构建结构；疏水型牌号则通过较弱的范德华力相互作用构建结构，产生更柔软、剪切可逆性更好的触变性。要在相容体系中达到与亲水型牌号相当的黏度，疏水型牌号的添加量通常需高出20–40%。
最简便的测试方法是甲醇润湿值测试（MWN）：将硅微粒与不同甲醇浓度的甲醇/水溶液混合。MWN值（硅微粒开始润湿时对应的甲醇体积分数）是标准质量控制参数——亲水型牌号在0%甲醇时即可润湿；完全疏水型牌号可能需要50–70%甲醇才能润湿。大多数供应商规格书中标注此值。
可以。两者混合可调节中间极性体系的表面极性。常见方案为70%亲水型 + 30%疏水型，在保留高增稠效率的同时提升水性涂料的耐湿性。建议分别预分散后再合并，效果最佳。
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